병합와중에 있는 성단을 관측하다.

 

 

사진 1> 허블망원경이 촬영한 이 사진에는 병합의 초기 단계에 있을 것으로 추정되는 한 쌍의 성단이 담겨져 있다.     
이 성단들은 지구로부터 17만광년 떨어진 거대성운 30 Doradus에 위치하고 있다.  

임박한 합병에 대한 허블탐사 자료의 정황 증거는 상단 왼쪽의 성단에서 관측된 길쭉한 구조와 두 성단 간에 연령 구성이 다르다는 점으로부터 도출되었다.

또한 30 Doradus 주변에서 발견되는 이상하게도 대단히 빠른 속도로 움직이는 수많은 별들은 궁극적으로는 작은 규모의 성단이 타란툴라 성운의 중심부에 있는 거대 성단 R135로 병합되고 있음을 설명해주고 있다.

성단의 상호작용에 대한 이 근접사례는 초기 우주에서 어떻게 성단들이 생겨났는지에 대한 통찰을 제공해주고 있다.

허블의 관측은 2009년 10월 20일~27일 사이 허블 WFC3에 의해 이루어졌다.

파란색은 가장 무거운 뜨거운 별들로부터 발생하는 것이며, 초록색은 산소가 타오르면서, 그리고 붉은 색은 수소의 형광작용으로 발생하는 것이다.

 

The full news release story:

 

천문학자들이 NASA 허블우주망원경을 활용하여 합병 초기단계일 것으로 추정되는 거대한 질량의 별들로 가득찬 두 개의 성단을 포착했다.

이 성단은 우리 은하의 작은 위성은하인 17만광년 거리의 대마젤란 성운에 위치하고 있다.

처음에는 하나의 성단으로만 생각되었던 거대질량의 별들을 만들어내고 있는 30 Doradus(타란툴라 성운)의 중심부가 약 1백만 년 정도의 연령차이를 보이는 두 개의 서로 다른 성단이 조합되어 있는 상태인 것으로 밝혀진 것이다.

 

30 Doradus의 전역에서는 2천 5백만년 동안 새로운 별들이 왕성하게 만들어져왔으며, 현재로서는 언제까지 이처럼 새로운 별들의 창조가 계속되어갈지 알지못하고 있다. 

자신보다 좀더 큰 성단으로 병합되어가는 작은 규모의 성단들은 우리에게 알려진 거대한 성단들의 기원에 대해 설명해 줄 수 있을 것으로 보인다.  

 

우주망원경과학 연구소의 과학자 엘레나 사비(Elena Sabbi)와 그녀의 연구팀은 처음 형성된 자신의 고향으로부터 밀려나와 빠르게 멀어져가거나 움직이고 있는 별들이 있는 지역을 관찰하기 시작했다.

 

사비의 설명은 다음과 같다.
"별들은 성단 안에서 생성되는 것으로 추측되고 있습니다만 30 Doradus의 외곽에는 도저히 그 자리에서 만들어졌을 것으로는 믿을 수 없는 어린 별들이 많이 있었습니다. 

이들은 아마도 30 Doradus로부터 매우빠른 속도로 밀려나온 별들일 겁니다."

 

그리고 그녀는 허블에 의해 감지된 보다 적은 질량의 별들의 분포에서 뭔가 이상한 점에 주목했다.

이 별들의 분포 양상이 예상과 달리 구체가 아니라 충돌하는 은하에서 발견되는 패턴과 유사하게 중력 조석 작용에 의해 길쭉하게 도열해 있는 모습을 하고 있었던 것이다.

임박한 합병에 대한 허블탐사 자료의 정황 증거는 성단중 하나에서 길쭉한 구조물이 관측되었고, 두 성단 간에 연령 구성이 다르다는 점으로부터 도출되었다.

 

 

 

사진2>  임박한 합병에 대한 허블탐사 자료의 정황 증거는 네모박스안, 상단 왼쪽의 성단에서 관측된 길쭉한 구조와 두 성단 간에 연령 구성이 다르다는 점으로부터 도출되었다.

또한 이 지역으로부터 비정상적으로 빠른 속도로 빠져나가고 있는 수많은 별들이 존재한다.

이는 중심붕괴(core collapse)라고 불리는 과정의 자연스러운 부차현상으로 질량이 많은 별들이 성단의 중심으로 가라앉으면서, 보다 적은 질량의 별들이 이로부터 밀려나는 것이다.

그러나 아직 두 성단은 모두 중심붕괴를 겪기에는 어린 나이이다.

배경을 이루는 광대역 사진은 허블 WFC3와 ACS로 촬영된 것으로, 사진을 전반적으로 주도하고 있는 색채는 고온의 가스를 표시하고 있다. 

붉은 색은 수소가스를,  파란색은 산소를 나타낸다.

배경 사진은 허블우주망원경이 2011년 10월 촬영한 사진을 모자이크한 것이다.

 

어떤 가설들은 거대한 가스구름이 성단이 생성될 때 파편화된 작은 조각으로부터 생성되는 것으로 보고 있다.

이 작은 파편들로부터 별들이 생기기도 하고, 자신보다 더 큰 규모의 천체들과 상호작용을 할 수도 있고, 합병이 될 수도 있다.

바로 이 때 나타나는 상호작용을 사비와 그녀의 팀은 30 Doradus에서 관측했다고 생각하고 있는 것이다.

또한 30 Doradus주변에는 매우 빠른 속도로 움직이는 별들이 이상하게도 매우 많이 존재한다.

천문학자들은 종종 '가출하는 별들(runaway stars)'로 불리는 이 별들이 30 Doradus의 중심부에서 강력한 상호작용이 발생하는 와중에 분출되어 나온 별들로 생각하고 있다.

이러한 상호작용은 '중심부 붕괴(core collapse)'라 불리는 과정에서는 흔히 목격되는 현상이며, 좀더 많은 질량을 가진 별들은 자신들보다 적은 질량을 가진 별들과 역동적인 상호작용을 지속하며 성단의 중심부로 가라앉게 된다.

수많은 무거운 별들이 중심에 도달하게 되면 중심부는 매우 불안정한 상태에 빠지게 되고 이들 무거운 별들은 서로 밀어내기를 시작하게 된다.

 

30 Doradus의 중심부에 있는 거대 성단 R136은 이와 같은 중심부 붕괴를 경험하기에는 아직 너무 어린 나이이다.

그러나 좀더 작은 규모의 천체들에서 중심 붕괴 현상은 훨씬 빠른 속도로 진행되기 때문에 30 Doradus 지역에서 발견된 가출하는 별들의 대다수는 작은 규모의 성단이 R136으로 합병되어 들어가는 것이라는 설명을 가능하게 해준다. 

후속 연구에서는 이 지역을 좀더 자세하게 관측하게 될 것이고 지금까지 관측된 천체들과 상호작용을 지속하고 있을지 모를 또 다른 성단들을 좀더 큰 스케일에서 탐색하게 될 것이다.

 

특별히 적외선 대역에서 대단히 민감한 관측능력을 가지고 있는 NASA의 차세대 우주망원경인 제임스웹 우주망원경을 통해 가시광 촬영으로는 보이지 않는 타란툴라 성운의 내부 깊숙한 곳을 관측할 수 있게 될 것이다.

이 지역에서는 온도는 더 낮고, 밝기도 더 침침한 별들이 먼지고치 속에 숨겨져 우리 눈에 보이지 않고 있다.

제임스웹 망원경은 이 성운 안에 존재하는 이 별들의 기본 모집단에 대해서도 밝혀줄 수 있을 것이다.

 

30 Doradus는 초기 우주에서 새로운 별들을 생성하는 지역의 모습을 닮은 것으로 추측되기 때문에 천문학자들에게는 특별히 흥미를 끄는 지역이다.

 

이번 발견은 과학자들이 성단의 형성에 대한 세부 사항을 이해하는데, 그리고 초기 우주에서 어떻게 별들이 생성되었는지를 이해하는데 도움이 될 것이다.

 

사비의 연구팀원들은 다음과 같다.

M. Gieles (University of Cambridge, UK), S.E. de Mink (STScI/JHU), N.R. Walborn, J. Anderson, A. Bellini, N. Panagia,  R. van der Marel (STScI),
J. Maiz Appelaniz (Instituto de Astrofisica de Andalucia, CISC, Spain)

 

 

 

동영상> 이 컴퓨터 시뮬레이션은 새로운 별이 만들어지는 지역 근처에서 두 개의 어린 성단이 중력상호작용하는 모습을 보여주고 있다.

두 성단이 조우하게 되는 350만년의 시간이 27초로 압축되어 있다.

왼쪽으로부터 다가오는 보다 적은 규모의 성단은 보다 큰 규모의 성단에 의해 내던져지면서 극단적으로 구부러진 궤도를 그리게 되며 몇 초가 지나 다시 돌아오게 된다. 

시각화된 이미지는 확대되면서 17만 광년 거리에 위치한 30 Doradus(타란툴라 성운)에서 상호작용하고 있는 것으로 추측되고 있는 성단의 모습으로 녹아들어간다.

이후 시뮬레이션은 나머지 140만년을 계속 진행하면서 이 성단들이 하나의 성단으로 통합되는 과정을 보여주고 있다.

시뮬레이션의 시작 부분에서 작은 성단은 보다 큰 성단에 중력적으로 엮이지 않은 상태였다.

첫번째 상호작용을 겪은 후, 이 한쌍의 성단은 중력적으로 엮이게 되면서 결국 하나로 병합될 운명에 놓이게 된다.

이러한 조우로부터 발생하는 주목할만한 부산물은 별들간의 상호작용에 의해 보다 작은 규모의 성단에 있는 거대한 질량의 별들이 효과적으로 뿜어져나온다는 것이다.

작은 규모의 성단을 구성하고 있는 별들은 더 큰 규모의 성단을 구성하고 있는 별들보다 100만년 정도 더 오랜된 별들이다.

처음 시작 부분에서 대부분의 별들은 고온의 파란색 별들로 나타나지만 시뮬레이션이 진행되는 동안 어떤 별들은 자신의 삶의 막바지 단계에 다다른 저온의 적색 거성으로 진화한 모습을 볼 수 있다.

 

* '허블사이트'폴더에는 허블공식사이트(http://hubblesite.org) 의 뉴스센터 자료를 번역,게시하고 있습니다.
   본 내용은 2012년 8월 16일 발표된 뉴스입니다.

 

참고 : 타란툴라 성운을 비롯한 각종 성운에 대한 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.                
         https://big-crunch.tistory.com/12346974 
          
참고 : 대마젤란 은하를 비롯한 각종 은하 및 은하단에 대한 포스팅은 아래 링크를 통해 확인할 수 있습니다.
       - 은하 일반 : https://big-crunch.tistory.com/12346976
       - 은하단 및 은하그룹 : https://big-crunch.tistory.com/12346978
       - 은하 충돌 : https://big-crunch.tistory.com/12346977

 

 

원문>

사진1>

ABOUT THIS IMAGE:

This is a Hubble Space Telescope image of a pair of star clusters that are believed to be in the early stages of merging. The clusters lie in the gigantic 30 Doradus Nebula, which is 170,000 light-years from Earth.

Hubble's circumstantial evidence for the impending collision comes from seeing an elongated structure in the cluster at upper left, and from measuring a different age between the two clusters. Also, the unusually large number of high-velocity stars around 30 Doradus can finally be explained if a small cluster has merged into the big cluster R136 in the center of the Tarantula Nebula.

This nearby example of cluster interaction yields insights into how star clusters may have formed in the early universe.

The Hubble observations, made with the Wide Field Camera 3, were taken Oct. 20-27, 2009. The blue color is light from the hottest, most massive stars; the green from the glow of oxygen; and the red from fluorescing hydrogen.

Object Names: 30 Doradus, 30 Dor, Tarantula Nebula

Image Type: Astronomical/Illustration

 

Image Credit: NASA, ESA, and E. Sabbi (ESA/STScI)

Acknowledgment: R. O'Connell (University of Virginia) and the Wide Field Camera 3 Science Oversight Committee

 

사진2>

ABOUT THIS IMAGE:

This is a Hubble Space Telescope image of a pair of star clusters that are believed to be in the early stages of colliding. The clusters lie in the gigantic 30 Doradus Nebula, which is 170,000 light-years from Earth.

Hubble's circumstantial evidence for the impending collision comes from seeing an elongated structure in the cluster at upper left, and from measuring a different age between the two clusters.

Also, there is an unusually large number of high-velocity stars expelled from the region. This is a normal byproduct of a process called core collapse, in which more-massive stars sink to the center of a cluster by ejecting lower-mass stars. However, both clusters are too young to have experienced core collapse. The ejected stars can be better explained if the two clusters are merging.

This nearby example of cluster interaction yields insights into how star clusters may have formed in the early universe.

The Hubble image at upper right was made with Wide Field Camera 3 observations taken Oct. 20-27, 2009. The blue color is light from the hottest, most massive stars; the green from the glow of oxygen; and the red from fluorescing hydrogen.

The colors in the wide-field image, made with Hubble's Wide Field Camera 3 and the Advanced Camera for Surveys, represent the hot gas that dominates regions of the image. Red signifies hydrogen gas and blue, oxygen. Hubble made the photo mosaic in October 2011.

Object Names: 30 Doradus, 30 Dor, Tarantula Nebula

Image Type: Astronomical/Illustration

 

Credit: NASA, ESA, D. Lennon and E. Sabbi (ESA/STScI), J. Anderson, S.E. de Mink, R. van der Marel, T. Sohn, and N. Walborn (STScI), N. Bastian (Excellence Cluster, Munich), L. Bedin (INAF, Padua), E. Bressert (ESO), P. Crowther (University of Sheffield), A. de Koter (University of Amsterdam), C. Evans (UKATC/STFC, Edinburgh), A. Herrero (IAC, Tenerife), N. Langer (AifA, Bonn), I. Platais (JHU), and H. Sana (University of Amsterdam)

Upper Right Image Credit: NASA, ESA, R. O'Connell (University of Virginia), and the WFC3 Science Oversight Committee

The full news release story:

Astronomers using data from NASA's Hubble Space Telescope have caught two clusters full of massive stars that may be in the early stages of merging. The clusters are 170,000 light-years away in the Large Magellanic Cloud, a small satellite galaxy to our Milky Way.

What at first was thought to be only one cluster in the core of the massive star-forming region 30 Doradus (also known as the Tarantula Nebula) has been found to be a composite of two clusters that differ in age by about one million years.

The entire 30 Doradus complex has been an active star-forming region for 25 million years, and it is currently unknown how much longer this region can continue creating new stars. Smaller systems that merge into larger ones could help to explain the origin of some of the largest known star clusters.

Lead scientist Elena Sabbi of the Space Telescope Science Institute in Baltimore, Md., and her team began looking at the area while searching for runaway stars, fast-moving stars that have been kicked out of their stellar nurseries where they first formed. "Stars are supposed to form in clusters, but there are many young stars outside 30 Doradus that could not have formed where they are; they may have been ejected at very high velocity from 30 Doradus itself," Sabbi said.

She then noticed something unusual about the cluster when looking at the distribution of the low-mass stars detected by Hubble. It is not spherical, as was expected, but has features somewhat similar to the shape of two merging galaxies where their shapes are elongated by the tidal pull of gravity. Hubble's circumstantial evidence for the impending merger comes from seeing an elongated structure in one of the clusters, and from measuring a different age between the two clusters.

According to some models, the giant gas clouds out of which star clusters form may fragment into smaller pieces. once these small pieces precipitate stars, they might then interact and merge to become a bigger system. This interaction is what Sabbi and her team think they are observing in 30 Doradus.

Also, there is an unusually large number of high-velocity stars around 30 Doradus. Astronomers believe that these stars, often called "runaway stars" were expelled from the core of 30 Doradus as the result of dynamical interactions. These interactions are very common during a process called core collapse, in which more-massive stars sink to the center of a cluster by dynamical interactions with lower-mass stars. When many massive stars have reached the core, the core becomes unstable and these massive stars start ejecting each other from the cluster.

The big cluster R136 in the center of the 30 Doradus region is too young to have already experienced a core collapse. However, since in smaller systems the core collapse is much faster, the large number of runaway stars that has been found in the 30 Doradus region can be better explained if a small cluster has merged into R136.

Follow-up studies will look at the area in more detail and on a larger scale to see if any more clusters might be interacting with the ones observed. In particular the infrared sensitivity of NASA's planned James Webb Space Telescope (JWST) will allow astronomers to look deep into the regions of the Tarantula Nebula that are obscured in visible-light photographs. In these areas cooler and dimmer stars are hidden from view inside cocoons of dust. Webb will better reveal the underlying population of stars in the nebula.

The 30 Doradus Nebula is particularly interesting to astronomers because it is a good example of how star-forming regions in the young universe may have looked. This discovery could help scientists understand the details of cluster formation and how stars formed in the early universe.

The members of Sabbi's team are D.J. Lennon (ESA/STScI), M. Gieles (University of Cambridge, UK), S.E. de Mink (STScI/JHU), N.R. Walborn, J. Anderson, A. Bellini, N. Panagia, and R. van der Marel (STScI), and J. Maíz Apellániz (Instituto de Astrofísica de Andalucía, CISC, Spain)

CONTACT

Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-4514
villard@stsci.edu

Elena Sabbi
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-4732
sabbi@stsci.edu

 

동영상>

Video: Simulation of Star Clusters Encounter (Annotated)

This computer simulation shows the gravitational interaction of two young star clusters in a nearby star-forming region. The three and a half million years of the encounter have been compressed into just 27 seconds. The smaller star cluster approaches from the left, has its trajectory bent strongly as it swings by the larger cluster, and then returns for a second pass. The visualization then zooms in and dissolves to a Hubble Space Telescope image of a suspected pair of interacting star clusters in 30 Doradus (also known as the Tarantula Nebula) located 170,000 light-years away. After a partial zoom out, the simulation moves forward in time for another 1.4 million years to show the clusters merging into a single cluster.

At the start of the simulation, the smaller cluster is not gravitationally bound to the large cluster. After the first interaction, the cluster pair become gravitationally entwined and destined to merge together. A noticeable byproduct of the encounter is that interactions between stars efficiently eject massive stars from the smaller cluster. In addition, the stars in the smaller cluster are one million years older than those in the larger cluster. While all the stars shown are initially hot and blue, some reach the end of their lives during the simulation and evolve to cooler red giant stars.

Visualization Credit: NASA, ESA, M. Gieles (University of Cambridge, UK), and F. Summers (STScI)

Science Credit: NASA, ESA, E. Sabbi and D.J. Lennon (ESA/STScI), M. Gieles (University of Cambridge, UK), S.E. de Mink (STScI/JHU), N.R. Walborn, J. Anderson, A. Bellini, N. Panagia, and R. van der Marel (STScI), and J. Maíz Appelániz (Instituto de Astrofísica de Andalucía, CISC, Spain)